本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型液位傳感器。

背景技術(shù)：

液位測(cè)量主要是對(duì)儲(chǔ)油罐中油品的液位、體積和重量等參數(shù)進(jìn)行直接或間接測(cè)量。早期液位測(cè)量大多采用機(jī)械原理，近年來隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機(jī)電一體化方向發(fā)展，并且發(fā)展了許多新的測(cè)量原理，在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機(jī)技術(shù)，結(jié)構(gòu)上和功能上都有很大提高。目前我國(guó)的儲(chǔ)油罐液位測(cè)量技術(shù)還比較落后，儲(chǔ)油罐液位測(cè)量方法存在較多的問題和弊端，有的雖安裝了自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，但測(cè)量精度普遍不高。若從國(guó)外進(jìn)口高精度液位儀，價(jià)格又太高。因此，分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)油罐液位測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上研究出適合我國(guó)國(guó)情的液位測(cè)量技術(shù)就顯得非常重要。

現(xiàn)有的液位測(cè)量傳感器由于受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，量程和分辨率不能兼顧，較大量程的液位傳感器，分辨率一般都不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種新型液位傳感器，實(shí)現(xiàn)防爆液位測(cè)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種新型液位傳感器，包括套管，所述套管內(nèi)設(shè)有裸光纖，所述裸光纖上端通過鎧裝光纖連接測(cè)量電子終端，所述套管下端連接法蘭端蓋，所述法蘭端蓋內(nèi)設(shè)有光纖密封腔，所述光纖密封腔內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直透鏡和反射鏡，所述裸光纖下端通過光纖連接準(zhǔn)直透鏡。

進(jìn)一步的，所述套管為不銹鋼多孔套管。

進(jìn)一步的，所述裸光纖與所述套管同軸安裝。

進(jìn)一步的，所述裸光纖內(nèi)部由2組光纖組成，其中一組形成發(fā)送光通道，另一組形成回傳光通道。

進(jìn)一步的，所述準(zhǔn)直透鏡設(shè)于所述反射鏡上部。

進(jìn)一步的，所述測(cè)量電子終端包括中央處理器、以及與所述中央處理器電連接的光電轉(zhuǎn)換電路、模擬數(shù)字變換器、數(shù)字顯示器、鍵盤，所述光電轉(zhuǎn)換電路電連接模擬數(shù)字變換器。

進(jìn)一步的，所述裸光纖為多模光纖。

進(jìn)一步的，所述鎧裝光纖為多模光纖。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種新型液位傳感器具有以下優(yōu)勢(shì)：本發(fā)明所述的光纖液位傳感器既可以做到較大量程，又可以保持較高的分辨率，可以做到防爆測(cè)量，對(duì)于易燃易爆油品液位測(cè)量具有較好的應(yīng)用前景。這種光纖折射率傳感器不僅制作簡(jiǎn)單、成本低廉，而且為波長(zhǎng)編碼、抗干擾性好，體積小、重量輕、無動(dòng)作部件、安裝方便。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述一種新型液位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述測(cè)量電子終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的回光電壓與液位高度的曲線圖；

附圖標(biāo)記說明：

1-套管，2-裸光纖，3-鎧裝光纖，4-測(cè)量電子終端，5-法蘭端蓋，6-光纖密封腔，7-反射鏡，8-準(zhǔn)直透鏡，9-汽油。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

如圖1、2所示，一種新型液位傳感器，包括套管1，所述套管1內(nèi)設(shè)有裸光纖2，所述裸光纖2上端通過鎧裝光纖3連接測(cè)量電子終端4，所述套管1下端連接法蘭端蓋5，所述法蘭端蓋5內(nèi)設(shè)有光纖密封腔6，所述光纖密封腔6內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直透鏡8和反射鏡7，所述裸光纖2下端通過光纖連接準(zhǔn)直透鏡8。

所述套管1為不銹鋼多孔套管。

所述裸光纖2與所述套管1同軸安裝。

所述裸光纖2內(nèi)部由2組光纖組成，其中一組形成發(fā)送光通道，另一組形成回傳光通道。

所述準(zhǔn)直透鏡8設(shè)于所述反射鏡7上部。

所述測(cè)量電子終端4包括中央處理器、以及與所述中央處理器電連接的光電轉(zhuǎn)換電路、模擬數(shù)字變換器、數(shù)字顯示器、鍵盤，所述光電轉(zhuǎn)換電路電連接模擬數(shù)字變換器。

所述裸光纖2為多模光纖。

所述鎧裝光纖3為多模光纖。

本發(fā)明的工作過程如下：

激光光源從測(cè)量電子終端4打入一束波長(zhǎng)為1550nm的連續(xù)激光到裸光纖2的內(nèi)部，裸光纖2內(nèi)部由2組光纖構(gòu)成，其中一組是發(fā)送光通道，另外一組是回傳光通道。在傳感器內(nèi)部，裸光纖2是采用與不銹鋼多孔套管1進(jìn)行同軸安裝，在不銹鋼多孔套管1外側(cè)的光纖是由鎧裝光纖3構(gòu)成。信號(hào)光和回光是通過長(zhǎng)距離鎧裝光纖3來連接的，這個(gè)距離可以大于5公里。也就是說鎧裝光纖3和裸光纖2其實(shí)是同一根光纖，只不過在不銹鋼多孔套管1內(nèi)部，裸光纖2是沒有外包層的。輸入光和輸出光由反射鏡7連接，反射鏡7負(fù)責(zé)將輸入光回傳到測(cè)量電子終端4。反射鏡7通過光纖準(zhǔn)直透鏡8和法蘭端蓋5進(jìn)行連接，不銹鋼多孔套管1內(nèi)部是暗室環(huán)境，當(dāng)不銹鋼多孔套管1內(nèi)部沒有汽油9狀態(tài)時(shí)，裸光纖2的外部包層相當(dāng)于空氣，這時(shí)光在光纖內(nèi)部傳輸?shù)娜瓷湫?yīng)變?nèi)?，有一部分光?huì)折射到空氣中，回光信號(hào)變?nèi)?，電子測(cè)量終端4通過光電轉(zhuǎn)換，在探測(cè)器上感測(cè)一個(gè)相對(duì)固定的回光能量；當(dāng)不銹鋼多孔套管1內(nèi)部有一定液位的汽油9時(shí)，裸光纖2的外部包層相當(dāng)于有一部分是空氣，一部分是油脂，激光在不同介質(zhì)包層條件下傳輸損耗不同，液位越高，損耗越大，回光信號(hào)就越弱，電子測(cè)量終端4通過光電轉(zhuǎn)換，在探測(cè)器上感測(cè)不同液位環(huán)境的不同回光能量值，根據(jù)回光能量值確定待測(cè)液面的液體高度，回光電壓值與液位高度的曲線圖如圖3所示，本發(fā)明可測(cè)量汽油、水等透明介質(zhì)。

本發(fā)明提供的傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防爆環(huán)境溶液液位的測(cè)量。這種光纖折射率傳感器不僅制作簡(jiǎn)單、成本低廉，而且為波長(zhǎng)編碼、抗干擾性好。實(shí)驗(yàn)表明，這種光纖折射率傳感器其有效傳感范圍為0～50m，并且當(dāng)溶液折射率小于1.40時(shí)，液位深度與回光近似呈線性關(guān)系，靈敏度為0.1mm。針對(duì)相同溶質(zhì)不同深度的溶液，傳感器出射光譜能量差異表明，該結(jié)構(gòu)的光纖傳感器在汽油/酒精等防爆液體深度檢測(cè)方面有著良好的應(yīng)用。本發(fā)明根據(jù)纖芯，空氣和汽油的折射率不同，回光的強(qiáng)度呈現(xiàn)線性變化。傳感器測(cè)量不同深度汽油液位，深度不同狀態(tài)下，汽油和空氣在無包層多模光纖的比例不同，光纖傳輸?shù)膿p耗就會(huì)產(chǎn)生差異，回光強(qiáng)度就會(huì)產(chǎn)生明顯變化。本發(fā)明通過由一段單模光纖中嵌入一小段無包層多模光纖組成。根據(jù)纖芯，空氣和汽油的折射率不同，回光的強(qiáng)度呈現(xiàn)線性變化。傳感器測(cè)量不同深度汽油液位，深度不同狀態(tài)下，汽油和空氣在無包層多模光纖的比例不同，光纖傳輸?shù)膿p耗就會(huì)產(chǎn)生差異，回光強(qiáng)度就會(huì)產(chǎn)生明顯變化，本發(fā)明所述的傳感器借助光束傳播法(BPM)，得出了外界環(huán)境折射率與包層模的有效折射率關(guān)系以及基模與部分包層模間的耦合關(guān)系。理論結(jié)果表明：隨著外界環(huán)境折射率值的增大(液位變化)，基模的有效折射率保持不變，而包層模的有效折射率值則逐漸變大，當(dāng)外界環(huán)境折射率的值接近包層折射率時(shí)，包層模的有效折射率值變化越明顯；隨著液位的增大，基模的耦和效率迅速變小，而包層模的耦合效率逐漸變大，最后趨向一個(gè)定值。特征波長(zhǎng)隨著外界環(huán)境折射率的增加而向減小的方向移動(dòng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。